KR100306045B1 - 식생호안 시공재와 이를 이용한 식생호안의 축조공법 - Google Patents
식생호안 시공재와 이를 이용한 식생호안의 축조공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 소류력에 의한 제방의 유실 방지와 수초·갈대·갯버들·달뿌리풀 등 하천 식물의 활성화 및 풍부한 풍부한 어류 서식처의 제공으로 수중생태계의 보호에 이바지할 수 있는 식생호안 시공재와 이를 이용한 식생호안 축조공법을 제공하려는 것으로서, 제방의 상단에는 판면에 보울트(7)가 심긴 상위 지지보(1)를 그리고 하단에는 벽 상면에 보울트(7)가 심긴 L형 하위 지지보(2)를 제방의 길이방향으로 매설하고, 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 사이에는 기판(2a)의 상면 중앙에 세운 벽(2b)의 상면에 보울트(7)가 심긴 ㅅ형 버팀보(3)를 제방의 구배방향으로 매설하며, 상위 지지보(1)와 하위 지지보 (2) 및 버팀보(3) 위에 하천 식물이 식재된 식생 매트(8)를 부설하고 그 위에 철망(10)을 깐 다음 버팀보(3)의 보울트(7)에 로우프 받침(4)의 보울트공(4a)을 꽂으며, 로우프단 받침(4) 위로 솟은 보울트(7)와 인접한 다른 버팀보의 보울트간에 로우프(6)를 가설하며, 상위 지지체(1)와 하위 지지체(2)의 보울트(7)간에도 로우프(6)를 가설한 후 복토하고, 하위 지지보(2)의 아래쪽에 돌망테(13)를 축조하는 것이다.
Description
본 발명은 소류력에 의한 제방의 유실 방지와 수초·갈대·갯버들·달뿌리풀 등 하천 식물의 활성화 및 풍부한 풍부한 어류 서식처의 제공으로 수중생태계의 보호에 이바지할 수 있게 한 식생호안 시공재와 이를 이용한 식생호안의 축조공법에 관한 것이다.
도시화의 가속은 환경적 요소를 무시한 채 오로지 하천의 치수와 이수기능만 중시하는 경향이 있음을 부인할 수 없다.
강변이나 하안을 따라 콘크리트제 호안블록쌓기, 석축쌓기, 콘크리트 라이닝으로 획일화되다시피 한 재래의 호안공법은 이제 급기야는 샛강에까지 물과 둔치를 콘크리트 옹벽으로 구획하기에 이르렀다. 인공적으로 조성된 호안은 겉보기에 반듯하고 쭉 뻗은 것이 일견 산뜻해 보이기는 하지만 일면 샛강의 모양새를 획일화시키므로서 단조롭고 주변 환경과도 어울리지 않는다는 부정적인 평가를 받기도 히였다.
이렇듯 콘크리트에 의한 회색 일변도의 획일화된 호안공법은 합수머리의 생태계를 파괴하여 물고기의 서식공간을 잠식하거나 앗아가고 물의 자정능력을 약화시킬 뿐만아니라 물 흐름이 빨라져 하천의 하류에 심각한 피해를 입힐 가능성은 높다. 이같이 경색된 호안공법의 문제점의 심각성에 대한 우려가 증폭되면서 거시적 안목에서 환경친화적인 호안공법에 대하여 유효적절하고도 항구적인 새로운 대안을 찾는데 부심하고 있다.
그 대안중 하나가 바로 식생호안공법이다. 식생호안공법이란 인간과 자연이 친화할 수 있는 하천공간을 확보, 창조하여 하안과 제방을 효과적으로 보호함은 물론 나아가 하천 식물의 생장에 적합한 토양환경을 제공함으로서 하천수의 자정능력을 회복시켜 쾌적한 환경을 제공하고, 나아가 하천정비라는 명분하에 무분별하게 진행돼 온 그간의 콘크리트일변도의 호안공법에서 벗어나 뜻하지 않게 인간에 의해 파괴된 생태계를 원래의 자연형태로 회복시키는 자연회복개념의 호안공법이다.
그러나 이제까지 제안된 식생호안공법은 강우 특성에 대하여 충분히 검토하지 않은 탓에 홍수 때의 치수안전성면에서 큰 문제를 드러냈고, 자연석의 무분별한 채취와 나무 말뚝 등 호안재의 목재의 대량 수요는 결국 대량 벌목으로 이어져 산사태와 벌거숭이 산으로 만들어 제2의 환경파괴가 불가피하다.
지금까지 알려진 식생호안공법으로서는 여러 가지가 있다. 아래에 각 호안공법과 그 문제점에 대하여 기술한다.
* 나무틀 돌상자를 사용하는 호안공법
통나무로 돌상자를 만들고 그 속에 돌을 채워서 호안하는 공법이다. 경시적으로 통나무가 부식되어 힘을 못쓰면 치수 안전성에 문제가 드러나고 다량의 통나무와 석재를 필요로 하여 비경제적이며, 현장적용에 제한이 따른다.
* 야자수 섬유질을 사용하는 호안공법
코코넛 열매의 껍질에서 채취한 질긴 천연섬유질로 제조한 두루말이형 부직매트와 망을 하안에 깔고 고정하여 호안하는 공법으로서, 식물의 식생안전을 도모하는데 적합하지만 부식과 같이 생분해가 일어나면 인장강도가 급격히 저하돼 치수안전성에 약점이 드러나기 때문에 장기적 안목에서의 호안재로는 부적합하고 원자재가 수입품인데다 고가이므로 자재의 수급과 시공비 부담도 크다.
대단위 호안공사에서 특히 불리하다.
* 합성수지제 매트를 사용하는 호안공법
조밀한 합성수지제 매트를 호안에 깔아 고정하고 그 위에 흙을 덮고 떼를 심어 법면을 보호하는 공법으로서, 조밀한 매트의 틈새 때문에 갯버들 등 하천수목의 뿌리가 활착되기 어렵고, 매트의 인장강도가 약해 치수 안전도가 낮은 것이 흠이다. 이 공법은 절토면의 녹화에는 그런대로 어울리는 공법이라고 말할 수 가 있다.
* 식생 콘크리트 호안블록을 사용하는 호안공법
기존의 유공 호안블록처럼 풀이 자랄 수 있는 구멍을 가진 호안블록을 상요하여 하안이나 둑을 보호하는 공법인데, 식생가능한 공간이 제한되기 때문에 하천의 콘크리트화 방지 및 생태계의 복원에 큰 기대를 걸 수 없고, 기존 콘크리트 호안블록공법과 같이 치수안전성에 문제가 생길 여지가 많다.
* 자연석 메쌓기 호안공법
자연석을 계단식으로 메쌓기한 후 단 사이에 풀, 나무를 심는 공법으로서, 대량의 석재가 소요되므로 석재의 조달이 쉽지 않고 비용도 만만치 않은데다 석재 채취로 인한 2차 환경파괴가 우려된다.
* 앵커 고정식 식생호안공법
제방 높이방향 및 하안의 길이방향을 따라 대략 1m 간격마다 말뚝을 박고 그 위에 1m 정도의 가로보와 세로보를 설치하여 소류력에 대한 안정감을 높이는 공법인 바, 굴곡이 심한 하상과 하안에서 말뚝간격을 지키기도 어려울뿐더러 폭 20㎝에 깊이 1m 가량의 말뚝공을 일일이 파서 말뚝을 박아 버팀기둥을 고정하고
가로보와 세로보를 바르게 포설하는 것은 시공난이도가 높아 부실하게 시공될 가능성이 높고, 또 버팀기둥 하나하나가 하수의 유압(流壓)에 어느 정도나 버틸 수 있는지도 미지수였다.
이러한 여러 가지 문제점을 안고 있는 종래의 호안공법으로 조성된 제방도 지력이 약하되는데다 통기성이 극도로 나빠지기 때문에 식물이 쉽게 뿌리를 내리지도 못하고, 따라서 식생한 식물의 생장가능성도 낮을 수 밖에 없었다.
이렇듯 식물이 제대로 생장할 수 없는 열악한 환경의 토양에서는 제방 주변의 생태계가 너무 쉽게 여겨질 정도로 파괴되고, 수온 상승을 억제할 수 없어서 수중생태계에도 적잖은 악영향을 끼쳐서 생태계 파괴가 가속되기 십상이다. 이런 식으로 빚어지는 생태계의 파괴는 결과적으로 하천수의 오염과 자정기능을 떨어뜨리고 말 뿐이었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 식생호안공법이 안고 있는 문제점을 해소하여 치수적으로 더욱 안전하고, 또한 자연적으로 이뤄진 환경에 버금가는 하안을 조성하므로서 하천 생태계를 보호 육성할 수 있는 환경친화적 식생호안을 조속한 시일내에 조성할 수 있는 새로운 식생호안구조를 제공하려는데 있다.
본 발명은 판면에 일정한 간격마다 로우프 고정용 보울트를 심은 상위 지지보와 기판의 상면 일측에 벽을 세워 일체화하고 벽의 상면에 로우프고정용 보울트를 심은 하위 지지보, 기판의 상면 중앙에 벽을 세우고 벽의 상면에 길이방향을 따라 일정한 간격마다 보울트를 심은 버팀보와 상면에 버팀보측 보울트에 꽂는 보울트공을 천공한 로우프단 받침, 상면에 보울트-너트로 로우프를 잇기 위한 보울트공을 길이방향을 따라 일정간격마다 천공한 로우프 중계간과 양단에 버팀보의 보울트 또는 로우프 중계간의 보울트공에 보울트-너트로 연결하기 위한 뀀고리를 부착한 로우프, 식생 매트, 식생 매트 안정용 철망, 어초대용의 돌망테로 이뤄지는 식생호안용 시공재를 제공한다. .
또한 본 발명은 제방 또는 법면 등의 사면의 상단에는 판면에 보울트가 심어진 상위 지지보를 그리고 하단에는 벽의 상면에 보울트가 심어진 L형 하위 지지보를 제방의 길이방향으로 매설하고 상위 지지보와 하위 지지보 사이에는 기판의 중앙에 세운 벽의 상면에 보울트가 심어진 ㅅ형 버팀보를 제방의 구배방향으로 매설하며, 상위 지지보와 하위 지지보 사이에 하천 식물이 식재된 식생 매트를 깔고, 식생 매트 위에다 철망을 깐 다음 각 버팀보 위에 보울트공이 천공된 로우프단 받침을 끼워 얹고, 로우프단 받침의 보울트공으로 솟은 보울트에는 로우프의 단부에 부착된 뀀고리를 끼우고 너트를 체결하여 고정하며, 상위 지지보와 하위 지지보간에는 종형 로우프를 가설하되 로우프의 단부에 부착된 뀀고리를 각 지지보의 보울트에 꿰고 너트를 체결하여 고정한 후 복토하며, 하위 지지보의 아래쪽에 돌망테를 축조하는 것이다.
도 1은 콘크리트제 상위 지지보와 버팀보 및 하위 지지보의 사시도
도 2는 로우프단 받침의 사시도
도 3은 로우프 중계간의 사시도
도 4는 로우프의 정면도
도 5는 본 발명의 식생호안구조를 부분적으로 절개한 투시도
도 6은 도 5의 종단측면도
도 7은 로우프의 가설평면도
도 8은 로우프 받침과 로우프 중계간의 쓰임새를 나타낸 횡단면 확대도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 상위 지지보 2 : 하위 지지보
2a,3a : 기판 2b,3b : 벽
3 : 버팀보 4 : 로우프단 받침
4a,5a : 보울트공 5 : 로우프 중계간
5b : 말뚝공 6 : 로우프
6a : 뀀고리 7 : 보울트
8 : 식생 매트 9 : 하천 식물
10 : 철망 13 : 돌망테
본 발명의 식생호안공법은 법면과 낮은 수로의 수변부를 빠른 기간내에 식생군을 형성하는 공법으로서, 하안의 지형특성에 따라 급류부·수중부·완속 직선부 등으로 구획하고, 이들의 지형여건에 조화롭게 자유로운 변화를 구사하면서 설계, 시공한다.
하천의 생태계, 경관 및 친수성 등의 하천환경 요소들은 호안용 자재와 밀접한 관계가 있다. 따라서 하천을 정비하고 호안공사를 함에 있어서는 무엇보다도 거기에 적합한 자재를 선택하는 것이 최우선시 되어야 한다.
하천의 물길과 지역특성 등을 충분히 고려하여 홍수에도 충분히 견딜 수 있어야 함은 물론 하천 생태계, 경관 및 친수성 등 하천 환경요소들의 보전과 개선에 역점을 두고 비교검토한 후 최적의 자재를 선택하는 것이 절대 필요하다. 자재의 조합사용도 대안이 될 수 있다.
표1.하천구조물 재료의 특징
| 구분 | 재 료 | 비 고 |
| 자연성 | 식물재료＞토사＞석재＞목재＞콘크리트재료＞철강재 | |
| 인공성 | ?? 내구성 감소?? | |
| 친수성 | 식물재료＜토사＜석재＜목재＜콘크리트재료＜철강재 |
⊙친수성은 하천의 형태별 친수형태에 따라 다를 수 있음.
⊙하천환경관리기법 개발 연구·조사 보고서(1994, 건설부)
본 발명에서는 식물과 가장 환경친화적인 내구재를 사용한다.
본 발명의 식생호안공업에서는 제방의 상단과 하단에 제방방향으로 놓이는 콘크리트제 상부 지지보와 하위 지지보, 상 하위 지지보간에 종방향으로 놓이는 버팀보, 버팀보 위에 얹어서 로우프단을 받쳐주는 로우프 받침, 로우프를 길이방향으로 연속되게 중계하는 로우프 중계간, 양단에 뀀고리를 가진 로우프, 돌망테, 천연섬유질로 된 식생 매트와 내식성 철망을 사용한다. 먼저, 이들 시공재부터 상술한다.
도 1에서, (1)은 제방의 상위에 매설하는 상위 지지보, (2)는 하위 지지보, (3)은 상 하위 지지보(1,2) 사이에 매설하는 버팀보이다. 이들은 모두 콘크리트제 규격품이며, 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)는 제방의 무너짐을 방지하고, 버팀보(3)는 제방이나 법면 등의 경사면 아래로 쏠리는 복토의 토압과 상위 지지보(1)가 가세된 집중하중을 견뎌내도록 설치하게 된다.
상위 지지보(1)는 제방의 상면에 깔아두기만 하면 되므로 판형으로 하되 판면에는 일정한 간격으로 로우프의 뀀고리를 꽂을 보울트(7)를 심는다.
또, 하위 지지보(2)는 하상에 포설한 상태에서 제방의 상면을 향하여 토사를 채워서 받치고 지지될 수 있도록 기판(2a)의 상면 일측에 벽(2b)을 세워 일체화한 L형이며, 벽(2b)의 상면에는 길이방향으로 일정한 간격, 구체적으로는 상기 보울트(7)와 같은 간격으로 보울트(7)를 심는다.
버팀보(3)는 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 사이에 매설하여 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)가 일정한 거리를 유지토록 하고 여기에 집중되는 하중을 이겨내도록 하기 휘한 것으로서, 기판(3a)의 상면 중앙에 벽(3b)을 세워 일체화한 ㅅ형이며, 벽(3a)의 상면에는 일정한 간격으로 로우프단 받침과 로우프의 뀀고리를 꽂는 보울트(7)를 심는다. 벽(3b)을 중앙에 세운 것은 벽(3b)의 양쪽에 토사를 채워서 그 토압으로 균형된 자세를 견지하도록 하기 위한 것이다. 벽(3b)은 가급적 얇게 형성하여 기판(3a)에 작용하는 집중하중을 줄이되 와이어 로우프의 인장력에도 충분히 견딜 수 있도록 제작하여 제방의 부실화를 방지할 수 있도록 한다.
버팀보(3)의 또다른 강점은 로우프(6) 사이에서 소류력에 대항하는 힘을 증대시키는 것이다.
도 2에서, 로우프단 받침(4)은 판면을 상하로 관통하는 보울트공(4a)을 상기 버팀보(3)의 보울트(7)와 같은 간격으로 천공하고, 양단부에는 같은 방향으로 인접 배치되는 다른 로우프단 받침(4)에 끈이나 로우프 같은 것으로 연결하기 위한 연결공(4b)도 천공한다. 보울트공(4a)은 버팀보(3)측 보울트(7)과 동일간격으로 천공하되 장공으로 하여 보울트(7)에 끼우기 쉽게 한다. 이것도 콘크리트제 규격품이다.
도 3에서, 로우프 중계간(5)은 호안공사구간이 규격화된 로우프의 길이보다도 긴 경우 횡방향으로 걸쳐지는 로우프끼리 중계하는 연결매개재이며, 상면에는 상기 보울트공(4a)과 같은 용도의 보울트공(5a)을 그것과 동일간격으로 천공하고, 보울트공(5a) 사이에는 말뚝을 박아 지면에 고정하기 위한 말뚝공(5b)도 천공한다. 이 또한 규격품이다.
도 4에서, 로우프(6)는 제방이나 법면 등의 사면에서 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)간에는 종방향으로, 또 호안공사구간의 시단측 버팀보(3)와 이들 사이에 위치하는 로우프 중계간(5) 사이에 횡방향으로 팽팽하게 당겨 고정하므로서 이들의 축조자세와 모양새가 흐트러지거나 와해되지 않도록 억제하기 위한 것으로서, 지름 6∼8㎜짜리 와이어 로우프이며, 양단에는 상 하위 지지보(1,2)와 버팀보(3)의 보울트(7)에 끼워거는 뀀고리(6a)를 부착한다. 로우프(6)의 길이는 제방의 사면이나 법면에 따라 정할 수 있는 길이가변형이다.
식생 매트는 딱히 내세울만한 특징적 구조를 가진 것이 아니라 일반적으로 알려진 황마 매트, 야자수 섬유질 등의 천연섬유질로 만든 매트이며, 철망은 식생 매트의 부실방지와 소류력에 의한 복토의 오염을 방지하기 위하여 재질 자체가 내식성을 가졌거나 합성수지 피막을 입힌 것으로 한다.
다음으로, 상기한 식생호안 시설재와 하천 식물을 사용하여 호안하는 방법을 제방의 경우를 예로들어 구체적으로 설명한다.
도 5, 6에서, 식생녹화공사구간의 제방의 길이를 일정한 폭으로 나누고, 제방의 상면에는 제방의 길이방향에 상위 지지보(1)의 길이가 놓이도록 설치하고, 제방의 하단에는 역시 그 길이방향을 따라 하위 지지보(2)를 매설한다.
그러는 한편으로 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 사이에는 앞에서 말한 구간별로 버팀보(3)를 매설한다. 버팀보(3)는 반드시 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)에 밀착시킬 필요는 없다. 조금 떨어뜨려도 무방하다. 떨어진 사이는 흙으로 메꾸면 되기 때문이다. 다만, 하위 지지보(2)의 벽(2b)은 제방 상면을 바라보도록 매설하는 것이 바람직하다.
상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 및 버팀보(3)에 의해 형성되는 모든 격실에다 갈대떼·달뿌리풀·갯버들 등 하안에서 잘 번식하는 식물(9)이 식재된 식생 매트(8)를 부설하고, 식생 매트(8) 위에는 철망(10)을 깐다.
호안공사구간의 시단에 매설된 버팀보(3)의 보울트(7)에 로우프단 받침(4)을 꿰어 얹고, 로우프단 받침(4)의 보울트공(4a) 위로 솟은 보울트(7)에다 로우프(6)의 일측 뀀고리(6a)를 꿴 다음에 너트(14)를 체결한다.
그리고 로우프(6)의 길이만큼 떨어진 곳에 로우프 중계간(5)을 제방의 구배방향으로 배치하고, 필요하다면 말뚝공(5b)에 말뚝(11)을 박아 지면에 고정하여 안정시킨다.
이어서 로우프단 받침(4)에 일단이 고정된 로우프(6)의 타측 뀀고리(6a)을 로우프 중계간(5)의 보울트(5a)에 꿰어 걸고 너트(14)를 체결한다. 이때, 로우프단 받침(4)과 로우프 중계간(5) 사이에 버팀보(3)가 좁은 간격으로 존재할 경우에는 로우프(6)가 버팀보(3)를 지나쳐 가게 해도 무방하지만 그렇지 않은 경우에는 로우프(6)의 타측 뀀고리(6a)를 그 보울트(7)에 꿰어 걸고 너트(14)를 체결한 다음에 여기서 다음 순서의 버팀보(3) 또는 로우프 중계간(5)까지 새로운 로우프(6)를 같은 방법으로 가설해 나간다. 최종 로우프(6)의 말단은 종점의 버팀보(3)측 보울트(7)에 꿰고 너트(14)를 체결한다.
도 8에서, 로우프 중계간(5)을 이용하여 로우프(6)를 접속해 나갈 적에는 양쪽 로우프(6,6)의 뀀고리(6a,6a)를 한꺼번에 보울트(15) 또는 보울트형 말뚝(11)에 꿰어가지고 보울트공(15)에 꽂든가 혹은 말뚝공(5b)에 꽂아 박은 다음에 반대쪽에서 너트(16)를 체결하여 고정시킨다.
도 5,6로 돌어가서, 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)의 보울트(7)간에도 로우프(6)를 가설한다. 이렇게 해서 도 7과 같이 로우프(6)가 종횡렬로 가설되어 튼튼한 보호망을 구축하게 되므로 철망(10)은 물론 식생 매트(8)까지 들뜨지 않게 된다.
로우프(6)를 가설한 후 철망(10) 위로 5cm 두께의 흙(12)을 덮어 다진다. 복토는 식물(9)의 성장에 도움이 되는 비료를 섞으면 더욱 효과적이다.
하위 지지보(2)의 아래쪽에는 돌망테(13)를 설치한다. 이 돌망테(13)는 하천 어류의 안식처인 어초의 역할과 제방변에서 일어나는 와류현상에 의한 용존 산소의 확보에 포인트가 있다. 돌망테(13)에 들어가는 속채움재는 100㎜ 이상 굵은 돌이 적합하다.
시간이 흘러 식물(9)이 뿌리를 내리고 성장하면서 왕성하게 뻗어나오는 뿌리는 식생 매트(8)와 철망(10)에 엉겨붙어서 제방토와 식물에 대하여 강력한 버팀목이 되어 준다. 특히 갈대처럼 번식력이 왕성한 식물은 성장속도가 빨라서 조기에강력한 호안보호막을 형성하므로 홍수에 특히 내력이 강력한 식생호안을 구축할 수가 있다.
A. 식생호안의 소류저항력에 대한 검토
소류력이란 하천에 있어서 물과 접촉하는 윤변에서 물의 흐름에 의해 유발되는 힘을 말하며, 물흐름 방향의 물의 무게와 같다. 이론적 계산에 의한 호안의 설계가 현실적으로는 불가능하다. 일반적으로는 경험과 이론의 양면에서 고찰하여 설계하는 실정이다. 여기서의 소류력은 일반적으로 적용하는 하도분류별 수리특성의 값을 이용한다.
a. 지지보의 안전성
질토 및 사질토 사면의 경우로 분류하여 악조건에 해당하는 계수값을 적용하여 축방향의 압축력에 대한 허용지지력과 수평력에 대한 허용지지력, 축방향 인발력에 대한 허용지지력 중 축방향 압축력에 의한 하중지지력은 강성이 지지보와 와이어 로우프에 의하여 지지되므로 고려하지 않았다.
극한 인발력:
점질토 Rt = u×I×c
사질토 Rt = (1/2)×F×Kn×r×u×I²
여기서, Rt는 지지보의 극한 인발력(t), c는 지지보 주변 점착력(t/m²),
u는 지지보 주장(m), I는 지지보의 길이(m), r은 흙의 단위중량(t/m²), Kn은 흙의 단위중량, F는 지지보의 표면과 흙과의 마찰계수이며, 점착력 c의 값은 보통 일축압축강도의 ½로 하고 최대값은 3 t/m²이하로 한다.
b. 허용인발력 계산과 안전성 검토
점질토 사면의 경우:
극한인발력 Rt = u×I×c = 2.4×0.1×1.0×1.25
지지보의 자중과 부력
자중 = 0.1×0.1×2.4×2,300 = 55.2㎏
부력 = 0.1×0.1×2.4×1,000 = 24㎏
허용인발력 Rat = 55.2(자중) - 24(부력) + 300 = 331.3 ㎏/m²
∴ 0.331(허용인발력) ＞ 1/150 = 0.0067(소류력)---------만족
사질토 사면의 경우:
극한 인발력 Rt = (1/2)·F·Kn·r·U·L²
= (1/2)×0.3×0.5×1.8×0.4×5.76
= 0.054t/개 = 54㎏/m²
버팀보(3)의 자중과 부력은 앞의 점질토 계산과 동일하게 적용한다.
허용인발력 Rat = 23(자중) - 10(부력) + 54 = 67 ㎏/m²
허용 인발력(Rat)과 소류력(r) 비교:
Rat = 67 ㎏/m²= 0.067 t/m²= 1/150 = 0.0067 t/m²(준급류부)
∴ 0.0067(허용인발력) ＞ 1/150 = 0.0067(소류력)--------만족
c. 검토 결과
소루력에 대응하는 인발력의 검토 결과, 비교적 악조건에 해당하는 계수값을 적용하였음에도 충분한 안전성이 있는 것으로 확인되었다.
B. 로우프, 로우프단 받침, 철망의 안전성
로우프, 로우프단 받침 및 로우프 중계간, 철망은 강성이 충분하므로 이들에 대한 검토는 생략한다.
C. 식생층의 소류 안전성 검토
식생충은 야자섬유 매트(coir mat)를 KS 0351(직물의 파열강도 시험방법)에 의거하여 단위 면적당 0.55 t/m의 인발 저항력을 시험하였다.
∴ 인발저항력 = 0.55 ＞ 소류력 = 0.0067------------------만족
다만, 야자섬유 매트의 재질은 불균질성이므로 간격 30×30cm 또는 20× 20㎝의 철망(10)으로 지지함으로서 소류에 대한 안전성을 확보할 수 있었다. .
본 발명의 식생호안공법은 법면과 낮은 수로의 수변부를 빠른 기간내에 식생군을 형성하는 공법으로서, 하안의 지형특성에 따라 급류부·수중부·완속 직선부 등으로 구획하고, 이들의 지형여건에 조화롭게 자유로운 변화를 구사하면서 설계, 시공한다.
하천의 생태계, 경관 및 친수성 등의 하천환경 요소들은 호안용 자재와 밀접한 관계가 있다. 따라서 하천을 정비하고 호안공사를 함에 있어서는 무엇보다도 거기에 적합한 자재를 선택하는 것이 최우선시 되어야 한다.
하천의 물길과 지역특성 등을 충분히 고려하여 홍수에도 충분히 견딜 수 있어야 함은 물론 하천 생태계, 경관 및 친수성 등 하천 환경요소들의 보전과 개선에 역점을 두고 비교검토한 후 최적의 자재를 선택하는 것이 절대 필요하다. 자재의 조합사용도 대안이 될 수 있다.
표1.하천구조물 재료의 특징
| 구분 | 재 료 | 비 고 |
| 자연성 | 식물재료＞토사＞석재＞목재＞콘크리트재료＞철강재 | |
| 인공성 | ?? 내구성 감소?? | |
| 친수성 | 식물재료＜토사＜석재＜목재＜콘크리트재료＜철강재 |
⊙친수성은 하천의 형태별 친수형태에 따라 다를 수 있음.
⊙하천환경관리기법 개발 연구·조사 보고서(1994, 건설부)
본 발명에서는 식물과 가장 환경친화적인 내구재를 사용한다.
본 발명의 식생호안공업에서는 제방의 상단과 하단에 제방방향으로 놓이는 콘크리트제 상부 지지보와 하위 지지보, 상 하위 지지보간에 종방향으로 놓이는 버팀보, 버팀보 위에 얹어서 로우프단을 받쳐주는 로우프 받침, 로우프를 길이방향으로 연속되게 중계하는 로우프 중계간, 양단에 뀀고리를 가진 로우프, 돌망테, 천연섬유질로 된 식생 매트와 내식성 철망을 사용한다. 먼저, 이들 시공재부터 상술한다.
도 1에서, (1)은 제방의 상위에 매설하는 상위 지지보, (2)는 하위 지지보, (3)은 상 하위 지지보(1,2) 사이에 매설하는 버팀보이다. 이들은 모두 콘크리트제 규격품이며, 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)는 제방의 무너짐을 방지하고, 버팀보(3)는 제방이나 법면 등의 경사면 아래로 쏠리는 복토의 토압과 상위 지지보(1)가 가세된 집중하중을 견뎌내도록 설치하게 된다.
상위 지지보(1)는 제방의 상면에 깔아두기만 하면 되므로 판형으로 하되 판면에는 일정한 간격으로 로우프의 뀀고리를 꽂을 보울트(7)를 심는다.
또, 하위 지지보(2)는 하상에 포설한 상태에서 제방의 상면을 향하여 토사를 채워서 받치고 지지될 수 있도록 기판(2a)의 상면 일측에 벽(2b)을 세워 일체화한 L형이며, 벽(2b)의 상면에는 길이방향으로 일정한 간격, 구체적으로는 상기 보울트(7)와 같은 간격으로 보울트(7)를 심는다.
버팀보(3)는 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 사이에 매설하여 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)가 일정한 거리를 유지토록 하고 여기에 집중되는 하중을 이겨내도록 하기 휘한 것으로서, 기판(3a)의 상면 중앙에 벽(3b)을 세워 일체화한 ㅅ형이며, 벽(3a)의 상면에는 일정한 간격으로 로우프단 받침과 로우프의 뀀고리를 꽂는 보울트(7)를 심는다. 벽(3b)을 중앙에 세운 것은 벽(3b)의 양쪽에 토사를 채워서 그 토압으로 균형된 자세를 견지하도록 하기 위한 것이다. 벽(3b)은 가급적 얇게 형성하여 기판(3a)에 작용하는 집중하중을 줄이되 와이어 로우프의 인장력에도 충분히 견딜 수 있도록 제작하여 제방의 부실화를 방지할 수 있도록 한다.
버팀보(3)의 또다른 강점은 로우프(6) 사이에서 소류력에 대항하는 힘을 증대시키는 것이다.
도 2에서, 로우프단 받침(4)은 판면을 상하로 관통하는 보울트공(4a)을 상기 버팀보(3)의 보울트(7)와 같은 간격으로 천공하고, 양단부에는 같은 방향으로 인접 배치되는 다른 로우프단 받침(4)에 끈이나 로우프 같은 것으로 연결하기 위한 연결공(4b)도 천공한다. 보울트공(4a)은 버팀보(3)측 보울트(7)과 동일간격으로 천공하되 장공으로 하여 보울트(7)에 끼우기 쉽게 한다. 이것도 콘크리트제 규격품이다.
도 3에서, 로우프 중계간(5)은 호안공사구간이 규격화된 로우프의 길이보다도 긴 경우 횡방향으로 걸쳐지는 로우프끼리 중계하는 연결매개재이며, 상면에는 상기 보울트공(4a)과 같은 용도의 보울트공(5a)을 그것과 동일간격으로 천공하고, 보울트공(5a) 사이에는 말뚝을 박아 지면에 고정하기 위한 말뚝공(5b)도 천공한다. 이 또한 규격품이다.
도 4에서, 로우프(6)는 제방이나 법면 등의 사면에서 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)간에는 종방향으로, 또 호안공사구간의 시단측 버팀보(3)와 이들 사이에 위치하는 로우프 중계간(5) 사이에 횡방향으로 팽팽하게 당겨 고정하므로서 이들의 축조자세와 모양새가 흐트러지거나 와해되지 않도록 억제하기 위한 것으로서, 지름 6∼8㎜짜리 와이어 로우프이며, 양단에는 상 하위 지지보(1,2)와 버팀보(3)의 보울트(7)에 끼워거는 뀀고리(6a)를 부착한다. 로우프(6)의 길이는 제방의 사면이나 법면에 따라 정할 수 있는 길이가변형이다.
식생 매트는 딱히 내세울만한 특징적 구조를 가진 것이 아니라 일반적으로 알려진 황마 매트, 야자수 섬유질 등의 천연섬유질로 만든 매트이며, 철망은 식생 매트의 부실방지와 소류력에 의한 복토의 오염을 방지하기 위하여 재질 자체가 내식성을 가졌거나 합성수지 피막을 입힌 것으로 한다.
다음으로, 상기한 식생호안 시설재와 하천 식물을 사용하여 호안하는 방법을 제방의 경우를 예로들어 구체적으로 설명한다.
도 5, 6에서, 식생녹화공사구간의 제방의 길이를 일정한 폭으로 나누고, 제방의 상면에는 제방의 길이방향에 상위 지지보(1)의 길이가 놓이도록 설치하고, 제방의 하단에는 역시 그 길이방향을 따라 하위 지지보(2)를 매설한다.
그러는 한편으로 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 사이에는 앞에서 말한 구간별로 버팀보(3)를 매설한다. 버팀보(3)는 반드시 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)에 밀착시킬 필요는 없다. 조금 떨어뜨려도 무방하다. 떨어진 사이는 흙으로 메꾸면 되기 때문이다. 다만, 하위 지지보(2)의 벽(2b)은 제방 상면을 바라보도록 매설하는 것이 바람직하다.
상위 지지보(1)와 하위 지지보(2) 및 버팀보(3)에 의해 형성되는 모든 격실에다 갈대떼·달뿌리풀·갯버들 등 하안에서 잘 번식하는 식물(9)이 식재된 식생 매트(8)를 부설하고, 식생 매트(8) 위에는 철망(10)을 깐다.
호안공사구간의 시단에 매설된 버팀보(3)의 보울트(7)에 로우프단 받침(4)을 꿰어 얹고, 로우프단 받침(4)의 보울트공(4a) 위로 솟은 보울트(7)에다 로우프(6)의 일측 뀀고리(6a)를 꿴 다음에 너트(14)를 체결한다.
그리고 로우프(6)의 길이만큼 떨어진 곳에 로우프 중계간(5)을 제방의 구배방향으로 배치하고, 필요하다면 말뚝공(5b)에 말뚝(11)을 박아 지면에 고정하여 안정시킨다.
이어서 로우프단 받침(4)에 일단이 고정된 로우프(6)의 타측 뀀고리(6a)을 로우프 중계간(5)의 보울트(5a)에 꿰어 걸고 너트(14)를 체결한다. 이때, 로우프단 받침(4)과 로우프 중계간(5) 사이에 버팀보(3)가 좁은 간격으로 존재할 경우에는 로우프(6)가 버팀보(3)를 지나쳐 가게 해도 무방하지만 그렇지 않은 경우에는 로우프(6)의 타측 뀀고리(6a)를 그 보울트(7)에 꿰어 걸고 너트(14)를 체결한 다음에 여기서 다음 순서의 버팀보(3) 또는 로우프 중계간(5)까지 새로운 로우프(6)를 같은 방법으로 가설해 나간다. 최종 로우프(6)의 말단은 종점의 버팀보(3)측 보울트(7)에 꿰고 너트(14)를 체결한다.
도 8에서, 로우프 중계간(5)을 이용하여 로우프(6)를 접속해 나갈 적에는 양쪽 로우프(6,6)의 뀀고리(6a,6a)를 한꺼번에 보울트(15) 또는 보울트형 말뚝(11)에 꿰어가지고 보울트공(15)에 꽂든가 혹은 말뚝공(5b)에 꽂아 박은 다음에 반대쪽에서 너트(16)를 체결하여 고정시킨다.
도 5,6로 돌어가서, 상위 지지보(1)와 하위 지지보(2)의 보울트(7)간에도 로우프(6)를 가설한다. 이렇게 해서 도 7과 같이 로우프(6)가 종횡렬로 가설되어 튼튼한 보호망을 구축하게 되므로 철망(10)은 물론 식생 매트(8)까지 들뜨지 않게 된다.
로우프(6)를 가설한 후 철망(10) 위로 5cm 두께의 흙(12)을 덮어 다진다. 복토는 식물(9)의 성장에 도움이 되는 비료를 섞으면 더욱 효과적이다.
하위 지지보(2)의 아래쪽에는 돌망테(13)를 설치한다. 이 돌망테(13)는 하천 어류의 안식처인 어초의 역할과 제방변에서 일어나는 와류현상에 의한 용존 산소의 확보에 포인트가 있다. 돌망테(13)에 들어가는 속채움재는 100㎜ 이상 굵은 돌이 적합하다.
시간이 흘러 식물(9)이 뿌리를 내리고 성장하면서 왕성하게 뻗어나오는 뿌리는 식생 매트(8)와 철망(10)에 엉겨붙어서 제방토와 식물에 대하여 강력한 버팀목이 되어 준다. 특히 갈대처럼 번식력이 왕성한 식물은 성장속도가 빨라서 조기에 강력한 호안보호막을 형성하므로 홍수에 특히 내력이 강력한 식생호안을 구축할 수가 있다.
A. 식생호안의 소류저항력에 대한 검토
소류력이란 하천에 있어서 물과 접촉하는 윤변에서 물의 흐름에 의해 유발되는 힘을 말하며, 물흐름 방향의 물의 무게와 같다. 이론적 계산에 의한 호안의 설계가 현실적으로는 불가능하다. 일반적으로는 경험과 이론의 양면에서 고찰하여 설계하는 실정이다. 여기서의 소류력은 일반적으로 적용하는 하도분류별 수리특성의 값을 이용한다.
a. 지지보의 안전성
점질토 및 사질토 사면의 경우로 분류하여 악조건에 해당하는 계수값을 적용하여 축방향의 압축력에 대한 허용지지력과 수평력에 대한 허용지지력, 축방향 인발력에 대한 허용지지력 중 축방향 압축력에 의한 하중지지력은 강성이 지지보와 와이어 로우프에 의하여 지지되므로 고려하지 않았다.
극한 인발력:
점질토 Rt = u×I×c
사질토 Rt = (1/2)×F×Kn×r×u×I²
여기서, Rt는 지지보의 극한 인발력(t), c는 지지보 주변 점착력(t/m²),
u는 지지보 주장(m), I는 지지보의 길이(m), r은 흙의 단위중량(t/m²), Kn은 흙의단위중량, F는 지지보의 표면과 흙과의 마찰계수이며, 점착력 c의 값은 보통 일축압축강도의 ½로 하고 최대값은 3 t/m²이하로 한다.
b. 허용인발력 계산과 안전성 검토
점질토 사면의 경우:
극한인발력 Rt = u×I×c = 2.4×0.1×1.0×1.25
지지보의 자중과 부력
자중 = 0.1×0.1×2.4×2,300 = 55.2㎏
부력 = 0.1×0.1×2.4×1,000 = 24㎏
허용인발력 Rat = 55.2(자중) - 24(부력) + 300 = 331.3 ㎏/m²
∴ 0.331(허용인발력) ＞ 1/150 = 0.0067(소류력)---------만족
사질토 사면의 경우:
극한 인발력 Rt = (1/2)·F·Kn·r·U·L²
= (1/2)×0.3×0.5×1.8×0.4×5.76
= 0.054t/개 = 54㎏/m²
버팀보(3)의 자중과 부력은 앞의 점질토 계산과 동일하게 적용한다.
허용인발력 Rat = 23(자중) - 10(부력) + 54 = 67 ㎏/m²
허용 인발력(Rat)과 소류력(r) 비교:
Rat = 67 ㎏/m²= 0.067 t/m²= 1/150 = 0.0067 t/m²(준급류부)
∴ 0.0067(허용인발력) ＞ 1/150 = 0.0067(소류력)--------만족
c. 검토 결과
소루력에 대응하는 인발력의 검토 결과, 비교적 악조건에 해당하는 계수값을 적용하였음에도 충분한 안전성이 있는 것으로 확인되었다.
B. 로우프, 로우프단 받침, 철망의 안전성
로우프, 로우프단 받침 및 로우프 중계간, 철망은 강성이 충분하므로 이들에 대한 검토는 생략한다.
C. 식생층의 소류 안전성 검토
식생충은 야자섬유 매트(coir mat)를 KS 0351(직물의 파열강도 시험방법)에 의거하여 단위 면적당 0.55 t/m의 인발 저항력을 시험하였다.
∴ 인발저항력 = 0.55 ＞ 소류력 = 0.0067------------------만족
다만, 야자섬유 매트의 재질은 불균질성이므로 간격 30×30cm 또는 20× 20㎝의 철망(10)으로 지지함으로서 소류에 대한 안전성을 확보할 수 있었다. .
Claims (10)
- 판면에 일정한 간격마다 로우프 고정용 보울트(7)를 심은 상위 지지보(1)와; 기판(2a)의 상면 일측에 벽(2b)을 세워 일체화하고 벽(2a)의 상면에 로우프고정용 보울트(7)를 설치한 하위 지지보(2)와; 기판(3a)의 상면 중앙에 벽(3b)을 세우고 그 상면에 길이방향을 따라 일정한 간격마다 보울트(7)를 심은 버팀보(3)와; 상면에 버팀보(3)측 보울트(7)에 꽂는 보울트공(4a)을 천공한 로우프단 받침(4)과; 상면에 보울트-너트로 로우프를 잇기 위한 보울트공(5a)을 길이방향을 따라 일정간격마다 천공한 로우프 중계간(5)과; 양단에 버팀보(3)의 보울트(7) 또는 로우프 중계간(5)의 보울트공(5a)에 보울트-너트로 연결하기 위한 뀀고리(6a)를 부착한 로우프(6)와 식생 매트(8), 및 철망(10)으로 된 식생호안용 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 식생호안 시공재는 돌망테(13)를 더 포함하는 식생호안용 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 상 하위 지지보(1,2)와 버팀보(3)는 콘크리트 정형품인 식생호안용 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 로우프단 받침(4)은 단부에 연결공(4b)을 천공한 식생호안용 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 로우프 중계간(5)은 보울트공(5a) 사이에 말뚝공(5b)을 천공한 식생호안용 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 로우프(6)는 와이어 로우프로 하는 식생호안 시공재.
- 제1항에 있어서, 상기 식생 매트(8)는 황마 매트, 야자수 섬유질 등의 천연섬유질로 된 매트로 하는 식생호안 시공재.
- 제7항에 있어서, 상기 식생 매트(8)는 호안식물을 꽂은 것으로 하는 식생호안 시공재.
- 제방 또는 법면 등의 사면의 상단에는 판면에 보울트가 심어진 상위 지지보를 그리고 하단에는 벽의 상면에 보울트가 심어진 L형 하위 지지보를 제방의 길이방향으로 매설하고 상위 지지보와 하위 지지보 사이에는 기판의 중앙에 세운 벽의 상면에 보울트가 심어진 ㅅ형 버팀보를 제방의 구배방향으로 매설하며, 상위 지지보와 하위 지지보 사이에 하천 식물이 식재된 식생 매트를 깔고, 식생 매트 위에다 철망을 깐 다음 각 버팀보 위에 보울트공이 천공된 로우프단 받침을 끼워 얹고, 로우프단 받침의 보울트공으로 솟은 보울트에는 로우프의 단부에 부착된 뀀고리를 끼우고 너트를 체결하여 고정하며, 상위 지지보와 하위 지지보간에는 종형 로우프를가설하되 로우프의 단부에 부착된 뀀고리를 각 지지보의 보울트에 꿰고 너트를 체결하여 고정한 후 복토하며, 하위 지지보의 아래쪽에 돌망테를 축조하는 것을 특징으로 하는 식생호안 축조공법.
- 제9항에 있어서, 버팀보 사이의 철망 위에 횡방향으로 가설되는 로우프를 접속하기 위한 보울트공을 천공한 로우프 중계간을 제방의 구배방향으로 배치하는 것을 포함하는 식생호안 축조공법.
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